以太网技术

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以太网概述1.1 以太网起源

以太网最初是由Xerox企业开发的一种基带局域网技术，使用同轴电缆作为网络媒体，采用载波多路访问和冲突检测（CSMA/CD）机制,数据传输速率达到10Mbps。

以太网被设计用来满足非持续性网络数据传输的需要，而IEEE 802.3规范则是基于最初的以太网技术于1980年制定。以太网版本2.0由Digital Equipment Corporation、Intel和Xerox三家企业联合开发，与IEEE802.3规范相互兼容。

1.2       以太网发展及标准协议1.2.1 以太网发展简史

以太网发展简史：

2  1973年， Xerox企业提出以太网技术并实现之，最初以太网数率只有2.94Mbps

2  1980年， DigitalEquipment Corporation ，Intel，Xerox，三家联合推出10Mbps DIX以太网标准

2  1995年，IEEE正式通过了802.3u快速以太网标准

2  1998年，IEEE802.3z千兆以太网标准正式发布

2  1999年，发布IEEE802.3ab标准，即1000BASE-T标准

2  2002年7月18日，IEEE通过了802.3ae，即10Gbit/s以太网，又称为万兆以太网，它包括了10GBASE-R,10GBASE-W,10GBASE-LX4三种物理接口标准。

2  2004年3月，IEEE批准铜缆10G以太网标准802.3ak，新标准将作为10GBASE-CX4实施，提供双轴电缆上的10Gbps的速率

1.2.2 共享式以太网传输介质

在共享式以太网之时，使用一种称为抽头的设备建立与同轴电缆的连接。须用特殊的工具在同轴电缆里挖一个小洞，然后将抽头接入。此项工作存在一定的风险：因为任何疏忽，都有可能使电缆的中心导体与屏蔽层短接，导致这个网络段的崩溃。同轴电缆的致命缺陷是：电缆上的设备是串连的，单点的故障可以导致这个网络的崩溃。

2  10Base5：粗同轴电缆（5代表电缆的字段长度是500米）

2  10Base2：细同轴电缆（2代表电缆的字段长度是200米）

在共享式以太网中，所有的主机都以平等的地位连接到同轴电缆上，但如果以太网中主机数目较多，则存在以下严重问题，其中介质可靠性差是共享式以太网的主要问题。

2  介质可靠性差

2  冲突严重

2  广播泛滥

2  无任何安全性

1.2.3 标准以太网

标准以太网（10Mbit/s）通常只定位在网络的接入层，新一代多媒体、影像和数据库产品很容易将10Mbit/s运行的以太网的带宽吞没。10Mbit/s的以太网可以实现100m距离的连接。

模型分类	网络定位
接入层	最终用户和接入层交换机之间的连接
汇聚层	通常不使用
核心层	通常不使用

80年代末期，非屏蔽双绞线（UTP）出现，并迅速得到广泛的应用。UTP的巨大优势在于：

2  价格低廉；

2  制作简单；

2  收发使用不同的线缆；

2  逻辑拓扑依旧是总线的，但物理拓扑变为星形；

IEEE802.3  线缆

名称	电缆	最大区间长度
10BASE-5	粗同轴电缆	500m
10BASE-2	细同轴电缆	200m
10BASE-T	双绞线	100m
10BASE-F	光纤	2000m

1.2.4 快速以太网

数据传输速率为100Mbps的快速以太网是一种高速局域网技术，能够为桌面用户以及服务器或者服务器集群等提供更高的网络带宽。IEEE为快速以太网制订的标准为IEEE802.3u。

对目前已经建好的标准以太网进行升级的最佳方案就是将网络的速度从10Mbit/s增加到100Mbit/s，用户所需付出的升级费用极低，只需将原有的10M集线器或者以太网交换机升级成快速以太网交换机，用户更换一块100Mbit/s的网卡即可。

快速以太网的应用范围较广，可以直接用作接入层设备和汇聚层设备之间的连接链路，连接各个以太网段的数据流总和。快速以太网也可以用来提供汇聚层和核心层之间的连接，在这种应用当中，通常采用端口捆绑（Port aggregation）技术，提供更高的带宽。许多实际运行的网络均存在众多的客户机试图访问同一台服务器的情况，从而在服务器和以太网之间产生瓶颈，为了增强服务器的访问性能，可以通过快速以太网连接以保证快速的访问速度。

快速以太网标准是IEEE802.3u，可以使用现有的UTP或者光缆介质。但比之标准以太网，它的数据传输速率由10Mbit/s提高到100Mbit/s。同时，快速以太网也支撑标准以太网10Mbit/s的工作方式，做到了良好的向下兼容性。

快速以太网（100Mbit/s）的网络定位

模型分类	网络定位
接入层	为高性能的PC机和工作站提供100Mbit/s的接入
汇聚层	提供接入层和汇聚层的连接，提供汇聚层到核心层的连接，提供高速服务器的连接
核心层	提供交换设备间的连接

快速以太网传输距离

技术标准	线缆类型	传输距离
100BaseTX	EIA/TIA 5类（UTP）非屏蔽双绞线2对	100m
100BaseT4	EIA/TIA 3、4、5类（UTP）非屏蔽双绞线4对	100m
100BaseFX	多模光纤（MMF）线缆	550m-2km
	单模光纤（SMF）线缆	2km-15km

1.2.5 千兆以太网

千兆以太网是对IEEE802.3以太网标准的扩展，在基于以太网协议的基础之上，将快速以太网的传输速率100Mbps提高了10倍，达到了1Gbps。标准为IEEE802.3z（光纤与铜缆）和IEEE802.3ab（双绞线）。

许多汇聚层的以太网交换机均提供千兆接口，用于连接其他的交换机，组成更大的网络，许多支撑堆叠功能的以太网交换机也是采用千兆接口实现堆叠功能的。所谓堆叠，是指通过软硬件的支撑，将一组交换机连接起来作为一个对象加以控制的方式，通常有菊花链模式和星型模式。其最大优点在于可实现简单的本地管理，但由于是一种非标准技术，通常不支撑各个厂家交换机的混合堆叠。

某些高性能的UNIX或者视频点播服务器很容易具有上百兆的带宽需求，在这种情况下，采用千兆以太网进行连接是非常好的选择。对于高性能服务器比较集中的场合，通常也会需要使用千兆以太网交换机进行网络互连。

千兆以太网是建立在以太网协议之上的，但它的数据传输速率是快速以太网的10倍，达到1000Mbit/s，由于千兆以太网使用的协议遵从许多原始的以太网规范，所以，客户可以应用现有的常识和技术进行安装、管理和维护千兆以太网。

千兆（1000Mbit/s）以太网网络定位

模型分类	网络定位
接入层	一般不使用
汇聚层	提供接入层和汇聚层设备间的高速连接
核心层	提供汇聚层和高速服务器的高速连接，提供核心设备间的高速互联

千兆以太网使用1000BASE-X（8B/10B）编码可支撑三种介质：

2  光纤（单模和多模）；

2  使用4对线的5类UTP（1000BASE-T）；

2  特殊的两对线STP电缆（也称为短铜跳线Short Copper Jumper）

1000BASE-X支撑三种光纤：

2  50um多模光纤

2  62.5um多模光纤

2  9/10um单模光纤

1000BASE-X支撑两种用于激光驱动器的光波长：

2  短波（850nm，称为1000BASE-SX）

2  长波（1300nm，称为1000BASE-LX）

千兆以太网传输距离

技术标准	线缆类型	传输距离
1000BaseT	铜质EIA/TIA5类（UTP）非屏蔽双绞线4对	100m
1000BaseCX	铜质屏蔽双绞线	25m
1000BaseSX	多模光纤，50/62.5um光纤，使用波长为850nm的激光	550m/275m
1000BaseLX	单模光纤，9um光纤，使用波长为1300nm的激光	2km-15km

IEEE802.3z的线缆标准如下：

2  1000BaseLX是一种使用长波激光作信号源的网络介质技术，在收发器上配置波长为1270-1355nm（一般为1300nm）的激光，既可以驱动多模光纤，也可以驱动单模光纤。

2  1000BaseSX是一种使用短波激光作为信号源的网络介质技术，收发器上所配置的波长为770-860nm（一般为800nm）的激光传输器不支撑单模光纤，只能驱动多模光纤。

2  1000BaseCX使用的一种特殊规格的高质量平衡双绞线对的屏蔽铜缆，最长有效距离为25米，使用9芯D型连接器连接电缆。

IEEE802.3ab的线缆标准如下：

1000BaseT是一种使用5类UTP作为网络传输介质的千兆以太网技术，最长有效距离与100BASETX一样可以达到100米。用户可以采用这种技术在原有的快速以太网系统中实现从100Mbps到1000Mbps的平滑升级。

1.2.6 万兆以太网

已经开始部署，预计未来将有大规模的应用，标准为IEEE802.3ae。其只有全双工模式。万兆以太网创造了一些新的概念，例如光物理媒体相关子层(PDM)。